外源玉米秸秆碳对土壤有机碳激发效应和温度敏感性的影响

来源 :沈阳农业大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:heritage102
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土壤有机碳是土壤肥力的基础,维持着农田生产力和农业生态系统的稳定,对气候变化亦产生重要影响。植物残体作为土壤有机碳重要有机物来源之一,进入土壤后对土壤有机碳的累积和矿化(激发效应)影响较大,且受温度和土壤基础肥力的显著影响。然而,目前对这方面的研究仍略显不足。基于此,为了明确外源有机物(玉米秸秆碳)添加后,不同肥力土壤有机碳矿化的差异特征和对温度的敏感性及其作用关系,本研究以沈阳农业大学棕壤长期定位试验站为平台,利用稳定碳同位素示踪技术进行室内培养试验,通过向高肥(连续施用腐熟猪厩肥30年,土壤有机碳含量17.03 g kg-1)与低肥(连续30年不施肥处理,有机碳含量10.70 g kg-1)棕壤中添加13C标记的玉米秸秆,在25℃(微生物适宜温度)和18℃(作物生长季平均温度)进行450 d的室内培养试验,定期测定CO2-C和CO2-13C数量,研究玉米秸秆碳在高低肥土壤的矿化特征、激发效应以及土壤呼吸对温度的敏感性。主要研究结果如下:(1)添加玉米秸秆碳可以显著增加土壤总有机碳的矿化速率。添加秸秆碳后土壤总有机碳矿化速率约是未添加秸秆碳的1.9222.8倍,高肥土壤总有机碳矿化速率比低肥土壤高约21.2%92.1%,温度对棕壤总有机碳矿化存在显著影响,在培养前期(0-200 d)25℃条件下棕壤总有机碳矿化速率、玉米秸秆碳矿化速率和原土壤有机碳矿化速率大于18℃,后期呈现相反的趋势。原土壤有机碳矿化速率呈现出添加玉米秸秆处理大于未添加玉米秸秆处理,高肥棕壤高于低肥棕壤。其中25℃培养下高肥土壤中来源于玉米秸秆碳矿化率和原土壤有机碳矿化率均达到最大值,分别为24.08μg g-11 d-1和0.18μg g-11 d-1。(2)升高温度可以显著增加棕壤总有机碳的累积矿化量。高温条件下土壤总碳累积矿化量比低温土壤高2.1%97.7%,高肥棕壤总有机碳的累积矿化量约是低肥棕壤的1.151.79倍,添加秸秆土壤总碳累积矿化量约是未添加的10.631.5倍。其中,在25℃培养下添加玉米秸秆的高肥土壤在培养450 d时累积矿化量最高达到2.56 mg g-1。添加玉米秸秆条件下,来源于原土壤碳累积矿化量大于未添加玉米秸秆处理。升高温度显著提高来源于玉米秸秆碳的累积矿化量和来源于原土壤碳累积矿化量。高肥棕壤中来源于玉米秸秆碳的累积矿化量和来源于原土壤碳累积矿化量均高于低肥棕壤。在25℃培养的高肥土壤上来源于玉米秸秆碳累积矿化量和来源于土壤累积矿化量均为最大值,分别为44.03 mg g-1和0.49mg g-1。(3)低肥土壤激发效应高于高肥棕壤。18℃培养条件下土壤累积激发效应程度高于25℃,其中低肥土壤的总体变化大于高肥土壤。18℃添加秸秆对低肥土壤正激发效应程度最高,为613.09%,整个培养期内,25℃培养下玉米秸秆添加的低肥土壤有机碳累积激发效应程度在培养450 d最少,为22737.8%。(4)玉米秸秆碳加入降低了高肥和低肥棕壤有机碳矿化的温度敏感性。原土壤有机碳矿化的温度敏感性呈现较大差异变化,140 d和300 d是其变化的重要转折时期。不添加玉米秸秆的低肥土壤对温度的敏感性最高温度敏感系数为2.65,而添加玉米秸秆的低肥土壤温度敏感系数在培养300 d时达到最低为0.39。
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